DE102012213710B4

DE102012213710B4 - Kühlsystem für eine stromumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012213710B4
Application number: DE102012213710.6A
Authority: DE
Inventors: Wooyong Jeon; Joon Hwan Kim; Minji Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: KR101294077B1; CN103166430A; DE102012213710A1; JP2013123030A; CN103166430B; KR20130065390A; US20130146254A1; US9844168B2

Abstract

Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung, aufweisend:eine Kühlkörperebene (60);einen Hauptkühlmantel (20), der angrenzend mit einer ersten Seite der Kühlkörperebene (60) verbunden ist und mit einer daran angeordneten ersten Komponente (1) ausgerüstet ist;einen Nebenkühlmantel (40), der angrenzend mit einer zweiten Seite der Kühlkörperebene (60) verbunden ist und der mit einer zweiten Komponente (2) ausgerüstet ist, die eine relativ geringere Wärmemenge als die der ersten Komponente (1) erzeugt, wobei die zweite Seite der Kühlkörperebene (60) die gegenüberliegende Seite des Hauptkühlmantels (20) ist;einen in dem Hauptkühlmantel (20) angeordneten Haupteinlass (23), der Kühlmittel zu dem Hauptkühlmantel (20) zuführt; undeinen in dem Nebenkühlmantel (40) angeordneten Auslass (43), der das Kühlmittel ausströmt, das durch den Nebenkühlmantel (40) durchgeströmt ist,wobei ein Nebeneinlass (61) in der Kühlkörperebene (60) gebildet ist, um zu ermöglichen, dass das durch den Hauptkühlmantel (20) durchströmende Kühlmittel zu dem Nebenkühlmantel (40) zugeführt werden kann,wobei der Hauptkühlmantel (20) und die Kühlkörperebene (60) eine Hauptkühlstrecke (21) dort dazwischen begrenzen; unddie erste Komponente (1) mit dem durch die Hauptkühlstrecke (21) strömenden Kühlmittel direkt in Verbindung steht,wobei der Nebenkühlmantel (40) und die Kühlkörperebene (60) eine Nebenkühlstrecke (41) dort dazwischen begrenzen, undwobei die Nebenkühlstrecke (41) den Nebeneinlass (61) mit dem Auslass (43) in Verbindung setzt und in einer „U“-Form gebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung, zum Beispiel ein Umrichtersystem, das bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug verwendet werden kann, um Komponenten zu kühlen.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Aufgrund des zunehmenden Interesses an grüner Energie, beginnen in letzter Zeit Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge und so weiter damit, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor zu ersetzen. Die meisten dieser umweltfreundlichen Fahrzeuge umfassen einen Elektromotor, der einen Permanentmagneten umfasst. Der Elektromotor wird von einem Phasenstrom, der von einem Umrichter durch ein Stromkabel zugeführt wird, angetrieben. Der Phasenstrom wird von einer Gleichspannung (DC-Spannung) in eine Dreiphasen-Wechselspannung (Dreiphasen-AC-Spannung) gemäß einem PWM- (Pulsbreitenmodulation) Signal von einer Steuerung umgewandelt.
Das Umrichtersystem umfasst ein Leistungsmodul, das einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), ein Kondensator-Modul, das einen Welligkeitsstrom durch Schalten eines Schaltelements absorbiert, und eine Induktivitätsspule, die einen Motor ansteuert oder eine Ausgangsspannung und so weiter filtert. Diese Bestandteile erzeugen Wärme, wenn das Umrichtersystem betrieben wird. Insbesondere Schaltelemente wie zum Beispiel das Leistungsmodul erzeugen eine starke Wärmemenge und andere Kernkomponenten wie zum Beispiel eine Induktivitätsspule erzeugen eine relativ geringe Wärme.
Bei der herkömmlichen Technik wird üblicherweise ein Kühlkörper zur Unterstützung der Kühlung dieser Komponenten verwendet. In diesem Fall, da die Komponenten sowohl an oberen Flächen als auch an unteren Flächen des Kühlkörpers angebracht sind, kühlt der Kühlkörper die Komponenten indirekt durch ein Kühlmittel, das durch Kühlleitungen strömt.
Jedoch kann sich in der herkömmlichen Technik, da sich die Komponenten in der Wärmemenge, die darin erzeugt wird, unterscheiden, an einer oberen und unteren Fläche des Kühlkörpers angebracht sind und gekühlt werden, kann sich die Kühlleistung der Komponenten des Umrichtersystems verschlechtern.
Aus der US 5 740 015 A ist im Übrigen ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung bekannt, aufweisend: eine Kühlkörperebene; einen Hauptkühlmantel, der angrenzend mit einer ersten Seite der Kühlkörperebene verbunden ist und mit einer daran angeordneten ersten Komponente ausgerüstet ist; einen Nebenkühlmantel, der angrenzend mit einer zweiten Seite der Kühlkörperebene verbunden ist und der mit einer zweiten Komponente ausgerüstet ist, wobei die zweite Seite der Kühlkörperebene die gegenüberliegende Seite des Hauptkühlmantels ist; einen in dem Hauptkühlmantel angeordneten Haupteinlass, der Kühlmittel zu dem Hauptkühlmantel zuführt; und einen in dem Nebenkühlmantel angeordneten Auslass, der das Kühlmittel ausströmt, das durch den Nebenkühlmantel durchgeströmt ist, wobei ein Nebeneinlass in der Kühlkörperebene gebildet ist, um zu ermöglichen, dass das durch den Hauptkühlmantel durchströmende Kühlmittel zu dem Nebenkühlmantel zugeführt werden kann.
Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Bestreben gemacht worden, um ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung wie zum Beispiel ein Umrichtersystem bereitzustellen, das bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug verwendet werden kann, um Komponenten wirksam zu kühlen.
Ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen eine Kühlkörperebene, einen Hauptkühlmantel, der mit der Kühlkörperebene verbunden ist und mit einer daran angeordneten ersten Komponente ausgerüstet ist, einen Nebenkühlmantel, der mit der Kühlkörperebene auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkühlmantels verbunden ist und mit einer zweiten Komponente ausgerüstet ist, die eine relativ geringere Wärmeentwicklung als die der ersten Komponente erzeugt, einen Haupteinlass, der in dem Hauptkühlmantel zum Zuführen von Kühlmittel an den Hauptkühlmantel angeordnet ist, und einen Auslass, der in dem Nebenkühlmantel zum Ausströmen des Kühlmittels, das durch den Nebenkühlmantel durchgeströmt ist, angeordnet ist. Ein Nebeneinlass ist in der Kühlkörperebene gebildet, um zu ermöglichen, dass das durch den Hauptkühlmantel durchströmende Kühlmittel an den Nebenkühlmantel zugeführt werden kann. Der Hauptkühlmantel und die Kühlkörperebene begrenzen eine Hauptkühlstrecke dort dazwischen, die erste Komponente steht mit dem durch die Hauptkühlstrecke strömenden Kühlmittel direkt in Verbindung, der Nebenkühlmantel und die Kühlkörperebene begrenzen eine Nebenkühlstrecke dort dazwischen und die Nebenkühlstrecke setzt den Nebeneinlass mit dem Auslass in Verbindung und ist in einer „U“-Form gebildet.
Darüber hinaus kann ein offener Durchbruch in dem Hauptkühlmantel für die erste Komponente gebildet sein, um direkt mit dem Kühlmittel in Kontakt zu kommen.
Das Kühlsystem kann ferner einen ersten Kühlstift umfassen, der an der ersten Komponente gebildet ist, wobei der erste Kühlstift mit dem Kühlmittel durch den offenen Durchbruch direkt in Kontakt kommen kann. Die Nebenkühlstrecke kann einen ersten Zwischenraum, der mit dem Nebeneinlass in Verbindung steht, und einen zweiten Zwischenraum, der mit dem Auslass in Verbindung steht, umfassen. Die Nebenkühlstrecke kann ferner eine den ersten Zwischenraum und den zweiten Zwischenraum verbindende Mehrzahl von Kanälen umfassen.
Das Kühlsystem kann ferner einen Turbulator umfassen, der zumindest in einem Teil der Mehrzahl von Kanälen gebildet ist. Ein Wärmezwischenschichtmaterial kann zwischen den Nebenkühlmantel und die zweite Komponente eingefügt werden. Das Wärmezwischenschichtmaterial kann ein Thermokissen oder eine Wärmeleitpaste sein.
Das Kühlsystem kann ferner einen zweiten Kühlstift umfassen, der an der zweiten Komponente gebildet ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Umwandlungsvorrichtung ein Umrichter oder ein Umwandler für ein Fahrzeug sein. Die erste Komponente kann eine Art von Schaltelement umfassen; und die zweite Komponente kann eine Art von Kernelement umfassen.
Ein Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen eine Kühlkörperebene, einen Hauptkühlmantel, der mit der Kühlkörperebene verbunden ist, und mit einer daran angeordneten ersten Komponente ausgerüstet ist, einen Nebenkühlmantel, der mit der Kühlkörperebene auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkühlmantels verbinden ist, und mit einer zweiten Komponente ausgerüstet ist, die eine relativ geringere Wärmeentwicklung als die der ersten Komponente erzeugt, einen Haupteinlass, der in dem Hauptkühlmantel zum Zuführen eines Kühlmittels an den Hauptkühlmantel angeordnet ist, und einen Auslass, der in dem Nebenkühlmantel zum Ausströmen des Kühlmittels angeordnet ist, das durch den Nebenkühlmantel durchgeströmt ist. Ein Nebeneinlass kann in der Kühlkörperebene für das durch den Hauptkühlmantel strömende Kühlmittel gebildet sein, um zu dem Nebenkühlmantel zugeführt zu werden. Darüber hinaus können der Hauptkühlmantel und die Kühlkörperebene eine Hauptkühlstrecke dort dazwischen begrenzen, die erste Komponente kann direkt mit dem durch die Hauptkühlstrecke strömenden Kühlmittel in Kontakt kommen und der Nebenkühlmantel und die Kühlkörperebene können eine Nebenkühlstrecke dort dazwischen begrenzen. Die Nebenkühlstrecke bringt den Nebeneinlass mit dem Auslass in Verbindung und ist in einer „U“-Form gebildet. Die Nebenkühlstrecke umfasst einen ersten Zwischenraum, der mit dem Nebeneinlass in Verbindung steht, und einen zweiten Zwischenraum, der mit dem Auslass in Verbindung steht.
Ein offener Durchbruch kann an dem Hauptkühlmantel für die erste Komponente gebildet sein, um direkt mit dem Kühlmittel in Verbindung zu kommen, ein erster Kühlstift kann derart gebildet sein, um von der ersten Komponente hervorzustehen, und der erste Kühlstift kann mit dem Kühlmittel direkt durch den offenen Durchbruch in Kontakt kommen.
Die Nebenkühlstrecke kann ferner eine den ersten Zwischenraum und den zweiten Zwischenraum verbindende Mehrzahl von Kanälen umfassen und ein Turbulator kann zumindest in einem Teil der Mehrzahl von Kanälen gebildet sein.
In vorteilhafter Weise werden gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Komponenten, die eine relativ hohe Wärmeentwicklung erzeugen, direkt durch den Hauptkühlmantel gekühlt, und Komponenten, die eine relativ geringe Wärmeentwicklung erzeugen, werden indirekt durch einen Nebenkühlmantel gekühlt. Somit kann in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein direktes und indirektes Kühlen genutzt werden, um die Komponenten in dem Umrichtersystem auf der Grundlage ihrer zugehörigen Menge an Wärmeentwicklung zu kühlen, wodurch eine effiziente Ausführung einer Umwandlungsvorrichtung realisiert werden kann. Aufgrund des effizienten Kühlens der Komponenten kann die Betriebsleistung der Umwandlungsvorrichtung durch eine effiziente Anordnung der Elemente verbessert werden und eine Verringerung der Gesamtgröße der Umwandlungsvorrichtung kann erreicht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und sind nicht dazu vorgesehen, irgendeine Ausgestaltung der Erfindung zu beschränken.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlsystems für eine Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 und 3 zeigen perspektivische Explosionsansichten von 1.
4 zeigt eine Vorderansicht von 1.
5 zeigt eine Querschnittsansicht von 1.
6 zeigt eine Draufsicht eines bei einem Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung verwendeten Hauptkühlmantels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Draufsicht eines bei einem Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung verwendeten Nebenkühlmantels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

<Beschreibung der Bezugszeichen>

1: erste Komponente
2: zweite Komponente
5: erster Kühlstift
7: zweiter Kühlstift
10: Kühlmodul
20: Hauptkühlmantel
21: Hauptkühlstrecke
23: Haupteinlass
25: offener Durchbruch
40: Nebenkühlmantel
41: Nebenkühlstrecke
43: Auslass
45a: erster Zwischenraum
45b: zweiter Zwischenraum
45c: Kanal
45d: Turbulator
60: Kühlkörperebene
61: Nebeneinlass
71: Wärmezwischenschichtmaterial

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennen kann, können die beschriebenen Ausführungsformen auf unterschiedliche Weise verändert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, alle Hybrid-Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge des Serien- und Parallel-Typs, semi-elektrische Fahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird).
Obwohl das folgende Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den obigen Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die obigen Prozesse ebenfalls durch eine einzelne Steuerung oder Einheit durchgeführt werden können.
Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuervorrichtung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z.B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Die Beschreibung von Komponenten, die für eine Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig sind, wird weggelassen, und dieselben Bestandteile werden durch dieselben Bezugszeichen in dieser Beschreibung bezeichnet. Darüber hinaus können sich die Größe und Dicke von in den Zeichnungen dargestellten Komponenten von der tatsächlichen Größe und der tatsächlichen Dicke der Komponenten für ein besseres Verständnis und zur Einfachheit der Beschreibung unterscheiden. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung nicht auf jene beschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt werden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlsystems für eine Umwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Kühlsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einem mit einem Verbrennungsmotor und einem Hochleistungsmotor als Antriebsquellen ausgerüsteten Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug und so weiter verwendet werden. Jedoch können in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Hybridfahrzeug und ein Elektrofahrzeug als Beispiele beschrieben werden.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Kühlsystem 100 eingerichtet, um eine Umwandlungsvorrichtung eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu kühlen.
Die Umwandlungsvorrichtung umfasst einen Umrichter und einen Umwandler, und ein Motor wird durch Phasenstrom, der durch den Umrichter durch ein Stromkabel zugeführt wird, angetrieben. Der Phasenstrom wird von einer Gleichspannung (DC-Spannung) in eine Dreiphasen- (U, V und W) Wechselspannung (AC-Spannung) gemäß einem PWM- (Pulsbreitenmodulations-) Signal einer Steuerung umgewandelt. In der Beschreibung wird der Umrichter als die Umwandlungsvorrichtung nur für beispielhafte Zwecke beschrieben.
Das Umrichtersystem kann Schaltelemente wie zum Beispiel ein Leistungsmodul und Kernelemente wie zum Beispiel eine Induktivitätsspule, einen Transformator, eine Drossel und so weiter umfassen. Während des Betriebs des Umrichtersystems erzeugen die Schaltelemente eine relativ hohe Wärmemenge und die Kernelemente erzeugen eine relativ geringe Wärmemenge. Das heißt, das Umrichtersystem umfasst Komponenten, die verschiedene Wärmemengen erzeugen. Da die Umrichtersysteme in der Technik gut bekannt sind und das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei jedem von jenen Umrichtersystemen austauschbar verwendet werden kann, wurde eine Beschreibung eines Umrichtersystems aus Gründen der Knappheit weggelassen.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Schaltelemente, die eine relativ hohe Wärmemenge erzeugen, zur Zweckmäßigkeit als eine erste Komponente 1 bezeichnet. Und in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Kernelemente, die eine relativ geringe Wärmemenge erzeugen, zur Zweckmäßigkeit als eine zweite Komponente 2 bezeichnet.
Das Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Kühlleistung der ersten und zweiten Komponenten 1 und 2, die verschiedene Wärmemengen erzeugen, verbessern, so dass die Leistung der Umwandlungsvorrichtung verbessert werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung 100 die ersten und zweiten Komponenten 1 und 2 gemäß der durch diese Komponente erzeugten Wärmemenge direkt oder indirekt kühlen, wodurch eine effiziente Ausführung der Umwandlungsvorrichtung realisiert werden kann. Darüber hinaus werden in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Komponenten 1 und 2 mit unterschiedlichen Wärmeentwicklungen durch ein Kühlmittel von einem Kühlmodul gekühlt und somit kann eine effiziente Anordnung der Elemente und eine Verringerung der Größe der Umwandlungsvorrichtung realisiert werden. Des Weiteren werden die ersten und zweiten Komponenten 1 und 2 mit unterschiedlichen Wärmeentwicklungen in dem Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung 100 angebracht und das Kühlmittel strömt innerhalb des Kühlmoduls 10, um die erste und die zweite Komponente 1 und 2 zu kühlen.
Zumindest eine erste Komponente 1 ist an einer Seite des Kühlmoduls 10 angebracht und zumindest eine zweite Komponente 2 ist an der anderen Seite davon angebracht. Das Kühlmodul 10 kann die erste Komponente 1 direkt kühlen und die zweite Komponente indirekt kühlen.
2 und 3 zeigen perspektivische Explosionsansichten von 1, 4 zeigt eine Vorderansicht von 1, und 5 zeigt eine Querschnittsansicht von 1.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 umfasst das Kühlmodul 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Hauptkühlmantel 20, einen Nebenkühlmantel 40 und eine Kühlkörperebene 60. Der Hauptkühlmantel 20 und der Nebenkühlmantel 40 sind an jeder Seite der Kühlkörperebene 60 in einer geschichteten Folge angeordnet.
In der Zeichnung ist der Hauptkühlmantel 20 an einem oberen Abschnitt der Kühlkörperebene 60 angeordnet und der Nebenkühlmantel 40 ist an einem unteren Abschnitt der Kühlkörperebene 60 angeordnet. Der Hauptkühlmantel 20 und die Kühlkörperebene 60 begrenzen eine Hauptkühlstrecke 21 (unter Bezugnahme auf 5), wo das Kühlmittel durchströmt.
Der Hauptkühlmantel 20 ist wie in 6 gezeigt mit einem Haupteinlass 23 ausgerüstet, der für das Kühlmittel daran angebracht ist, um in die Hauptkühlstrecke 21 zu strömen, und ein offener Durchbruch 25 ist in dem Hauptkühlmantel 20 gebildet. Die erste Komponente kann direkt mit dem Kühlmittel durch den offenen Durchbruch 25 in Verbindung stehen.
An dem unteren Abschnitt der ersten Komponente sind eine Mehrzahl von ersten Kühlstiften 5 (unter Bezugnahme auf 3 und 5) daran gebildet, und die ersten Kühlstifte 5 können direkt mit dem innerhalb der Hauptkühlstrecke 21 durch den offenen Durchbruch 25 strömenden Kühlmittel in Kontakt stehen. Da die ersten Kühlstifte 5 der ersten Komponente 1 in der Hauptkühlstrecke 21 durch den offenen Durchbruch 25 angeordnet sind, kommt das durch die Hauptkühlstrecke 21 strömende Kühlmittel direkt in Kontakt mit den ersten Kühlstiften 5, so dass die erste Komponente direkt gekühlt werden kann.
Der Nebenkühlmantel 40 ist in einem unteren Abschnitt der Kühlkörperebene 60 angeordnet und begrenzt mit der Kühlkörperebene 60 eine Nebenkühlstrecke 41 (unter Bezugnahme auf 5). Der Nebenkühlmantel 40 ist in einer „U“-Form gebildet und die Nebenkühlstrecke 41 kann mit der Hauptkühlstrecke 21 des Hauptkühlmantels 20 durch die Kühlkörperebene 60 in Verbindung gebracht werden.
In der Kühlkörperebene 60 ist ein Nebeneinlass 61 für das durch die Hauptkühlstrecke 21 strömende Kühlmittel daran gebildet, das zu der Nebenkühlstrecke 41 zugeführt werden soll. Zusätzlich ist ein Auslass 43 in dem Nebenkühlmantel 40 für das durch die Hauptkühlstrecke 21, den Nebeneinlass 61 und die Nebenkühlstrecke 41 strömende Kühlmittel gebildet, das sequenziell ausgeströmt werden soll.
Die Nebenkühlstrecke 41 umfasst wie in 7 gezeigt einen mit dem Nebeneinlass 61 in Verbindung stehenden ersten Zwischenraum 45a, einen mit dem Auslass 43 in Verbindung stehenden zweiten Zwischenraum 45b, und eine den ersten Zwischenraum 45a und den zweiten Zwischenraum 45b verbindende Mehrzahl von Kanälen 45c. Die Kanäle 45c bilden eine Kühlstrecke, die in einem „U“förmigen Muster gebildet ist, und der Anfangspunkt der Kühlstrecke ist mit dem ersten Zwischenraum 45a verbunden und ein Endpunkt der Kühlstrecke ist mit dem zweiten Zwischenraum 45b verbunden. In zumindest einem Teil der Mehrzahl von Kanälen 45c ist ein in der Form eines Wellen- oder Zick-Zack-Musters gebildeter Turbulator 45d daran gebildet. Der Turbulator 45d kann eine Kontaktfläche der Kanäle 45c vergrößern und somit kann die Kühlwirkung verbessert werden. Das Schema des Turbulators 45d ist nicht darauf beschränkt, im Gegensatz dazu sind jedoch verschiedene Muster und Formen in alternativen Ausführungsformen möglich.
Der Nebenkühlmantel 40 ist mit der zweiten Komponente 2 mit einer relativ geringen Wärmeentwicklung ausgerüstet. Ein zweiter Kühlstift 7 kann derart gebildet sein, um von der zweiten Komponente hervorzustehen. Darüber hinaus kann die zweite Komponente 2 an dem Nebenkühlmantel 40 (unter Bezugnahme auf 2) durch ein Wärmezwischenschichtmaterial 71 (Heat Interface Material - HIM) angebracht sein. Das Wärmezwischenschichtmaterial 71 kann ein Thermokissen oder eine Wärmeleitpaste sein, die eine in der zweiten Komponente 2 erzeugte Wärme an den Nebenkühlmantel 40 ableiten können.
Da die zweite Komponente 2 an dem Nebenkühlmantel 40 angebracht ist, wobei das Wärmezwischenschichtmaterial 71 dort dazwischen eingefügt ist, kühlt der Nebenkühlmantel 40 die zweite Komponente über das durch die Nebenkühlstrecke 41 strömende Kühlmittel indirekt.
Im Folgenden wird der Betrieb des Kühlsystems für eine Umwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt das Kühlmittel in die Hauptkühlstrecke 21 durch den Haupteinlass 23 des Hauptkühlmantels 20, um die ersten und zweiten Komponenten 1 und 2 zu kühlen. Indessen strömt das durch die Hauptkühlstrecke 21 strömende Kühlmittel in die Nebenkühlstrecke 41 des Nebenkühlmantels 40 durch den Nebeneinlass 61 der Kühlkörperebene 60.
Das in die Nebenkühlstrecke 41 strömende Kühlmittel strömt entlang den Kanälen 45c und kühlt indirekt die zweite Komponente 2 durch das Wärmezwischenschichtmaterial 71. Die Nebenkühlstrecke 41 kann die Turbulatoren 45d umfassen und somit kann das Kühlmittel mit einer relativ großen Fläche in den Kanälen in Verbindung stehen, so dass die Kühlleistung verbessert werden kann. Das durch die Nebenkühlstrecke 41 durchströmende Kühlmittel wird von dem Auslass 43 des Nebenkühlmantels 40 ausgeströmt. Somit wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die erste Komponente 1 mit einer relativ hohen Wärmeentwicklung durch den Hauptkühlmantel 20 direkt gekühlt und die zweite Komponente 2 mit einer relativ geringen Wärmeentwicklung wird durch den Nebenkühlmantel 40 indirekt gekühlt.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung 100 die ersten und die zweiten Komponenten in Abhängigkeit von der durch eine bestimmte Komponente erzeugten Wärmemenge direkt oder indirekt kühlen, wodurch eine effiziente Ausführung der Umwandlungsvorrichtung realisiert werden kann. Auch werden in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Komponenten 1 und 2 mit unterschiedlichen Wärmeentwicklungen durch ein Kühlmittel eines Kühlmoduls gekühlt und somit kann die Leistung der Umwandlungsvorrichtung verbessert werden.
Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Geistes und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims

Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung, aufweisend: eine Kühlkörperebene (60); einen Hauptkühlmantel (20), der angrenzend mit einer ersten Seite der Kühlkörperebene (60) verbunden ist und mit einer daran angeordneten ersten Komponente (1) ausgerüstet ist; einen Nebenkühlmantel (40), der angrenzend mit einer zweiten Seite der Kühlkörperebene (60) verbunden ist und der mit einer zweiten Komponente (2) ausgerüstet ist, die eine relativ geringere Wärmemenge als die der ersten Komponente (1) erzeugt, wobei die zweite Seite der Kühlkörperebene (60) die gegenüberliegende Seite des Hauptkühlmantels (20) ist; einen in dem Hauptkühlmantel (20) angeordneten Haupteinlass (23), der Kühlmittel zu dem Hauptkühlmantel (20) zuführt; und einen in dem Nebenkühlmantel (40) angeordneten Auslass (43), der das Kühlmittel ausströmt, das durch den Nebenkühlmantel (40) durchgeströmt ist, wobei ein Nebeneinlass (61) in der Kühlkörperebene (60) gebildet ist, um zu ermöglichen, dass das durch den Hauptkühlmantel (20) durchströmende Kühlmittel zu dem Nebenkühlmantel (40) zugeführt werden kann, wobei der Hauptkühlmantel (20) und die Kühlkörperebene (60) eine Hauptkühlstrecke (21) dort dazwischen begrenzen; und die erste Komponente (1) mit dem durch die Hauptkühlstrecke (21) strömenden Kühlmittel direkt in Verbindung steht, wobei der Nebenkühlmantel (40) und die Kühlkörperebene (60) eine Nebenkühlstrecke (41) dort dazwischen begrenzen, und wobei die Nebenkühlstrecke (41) den Nebeneinlass (61) mit dem Auslass (43) in Verbindung setzt und in einer „U“-Form gebildet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei ein offener Durchbruch (25) an dem Hauptkühlmantel (20) für die erste Komponente (1) gebildet ist, um direkt mit dem Kühlmittel in Verbindung zu stehen.
Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei das Kühlsystem ferner einen ersten Kühlstift (5) aufweist, der derart gebildet ist, um von der ersten Komponente (1) hervorzustehen, wobei der erste Kühlstift (5) mit dem Kühlmittel durch den offenen Durchbruch (25) direkt in Verbindung steht.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Nebenkühlstrecke (41) aufweist: einen ersten Zwischenraum (45a), der mit dem Nebeneinlass (61) in Verbindung steht; und einen zweiten Zwischenraum (45b), der mit dem Auslass (43) in Verbindung steht.
Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei die Nebenkühlstrecke (41) ferner eine den ersten Zwischenraum (45a) und den zweiten Zwischenraum (45b) verbindende Mehrzahl von Kanälen (45c) aufweist.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei das Kühlsystem ferner einen Turbulator (45d) aufweist, der zumindest in einem Teil der Mehrzahl von Kanälen (45c) gebildet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei ein Wärmezwischenschichtmaterial (71) zwischen dem Nebenkühlmantel (40) und der zweiten Komponente (2) eingefügt ist.
Kühlsystem nach Anspruch 7, wobei das Wärmezwischenschichtmaterial (71) ein Thermokissen oder eine Wärmeleitpaste ist.
Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei das Kühlsystem ferner einen zweiten Kühlstift (7) aufweist, der derart gebildet ist, um von der zweiten Komponente (2) hervorzustehen.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Umwandlungsvorrichtung einen Umrichter oder einen Umwandler für ein Fahrzeug umfasst.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei: die erste Komponente (1) Schaltelemente aufweist; und die zweite Komponente (2) Kernelemente aufweist.
Kühlsystem für eine Umwandlungsvorrichtung, aufweisend: eine Kühlkörperebene (60); einen Hauptkühlmantel (20), der mit der Kühlkörperebene (60) verbunden ist und mit einer daran angeordneten ersten Komponente (1) ausgerüstet ist; einen Nebenkühlmantel (40), der mit der Kühlkörperebene (60) auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkühlmantels (20) verbunden ist, und mit einer zweiten Komponente (2) ausgerüstet ist, die eine relativ geringere Wärmemenge als die der ersten Komponente (1) erzeugt; einen in dem Hauptkühlmantel (20) angeordneten Haupteinlass (23), der Kühlmittel zu dem Hauptkühlmantel (20) zuführt; und einen in dem Nebenkühlmantel (40) angeordneten Auslass (43), der das Kühlmittel ausströmt, das durch den Nebenkühlmantel (40) durchgeströmt worden ist, wobei ein Nebeneinlass (61) in der Kühlkörperebene (60) für das durch den Hauptkühlmantel (20) strömende Kühlmittel gebildet ist, um zu dem Nebenkühlmantel (40) zugeführt zu werden, der Hauptkühlmantel (20) und die Kühlkörperebene (60) eine Hauptkühlstrecke (21) dort dazwischen begrenzen, die erste Komponente (1) mit dem durch die Hauptkühlstrecke (21) strömenden Kühlmittel direkt in Verbindung steht, und der Nebenkühlmantel (40) und die Kühlkörperebene (60) eine Nebenkühlstrecke (41) dort dazwischen begrenzen, wobei die Nebenkühlstrecke (41) den Nebeneinlass (61) mit dem Auslass (43) in Verbindung setzt und in einer „U“-Form gebildet ist, wobei die Nebenkühlstrecke (41) aufweist: einen ersten Zwischenraum (45a), der mit dem Nebeneinlass (61) in Verbindung steht; und einen zweiten Zwischenraum (45b), der mit dem Auslass (43) in Verbindung steht.
Kühlsystem nach Anspruch 12, wobei: ein offener Durchbruch (25) an dem Hauptkühlmantel (20) für die erste Komponente (1) gebildet ist, um direkt mit dem Kühlmittel in Verbindung zu stehen, ein erster Kühlstift (5) an der ersten Komponente (1) gebildet ist, und der erste Kühlstift (5) direkt mit dem durch den offenen Durchbruch (25) strömenden Kühlmittel in Verbindung steht.
Kühlsystem nach Anspruch 12, wobei die Nebenkühlstrecke (41) ferner eine den ersten Zwischenraum (45a) und den zweiten Zwischenraum (45b) verbindende Mehrzahl von Kanälen (45c) aufweist, wobei ein Turbulator (45d) in zumindest einem Teil der Mehrzahl von Kanälen (45c) gebildet ist.